Пермские ученые узнали, из-за чего могут разрушаться авиационные детали
В авиапромышленности широко используют композитные материалы, состоящие из множества коротких или непрерывных волокон, в частности, углеродные слоисто-волокнистые композиты. К ним относится углепластик. Его популярность объясняется небольшой массой, высокой прочностью и возможностью создания из него изделий сложной формы. Но при создании деталей из углепластика могут возникать различные дефекты. Они понижают способность изделия сопротивляться нагрузкам. Ученые ПНИПУ изучили влияние наиболее частых технологических дефектов на состояние композита и разработали способ прогнозирования последствий таких неисправностей. Исследование позволит создавать более устойчивые детали для самолетов, ракет, БПЛА и предупреждать их разрушение.
Исследование опубликовано в журнале Frattura ed Integrità Strutturale. Работа выполнена в Центре экспериментальной механики ПНИПУ при поддержке Российского научного фонда.
Поскольку продукты авиапромышленности тесно связаны с человеком и в случае неисправности могут влиять на жизнь и здоровье, перед созданием любой детали из композитов нужно убедиться в надежности используемых материалов.
Для этого ученые изучают их на предмет дефектов, которым они могут быть подвержены. Так, при изготовлении конструкций из углепластика некоторые виды воздействий даже в небольшом количестве могут привести к потере устойчивости, что в свою очередь может вызвать расслоение материала (разделение слоев композита) или вовсе его разрушение.
Ученые ПНИПУ изучили влияние наиболее частых технологических дефектов и разработали способ прогнозирования последствий таких неисправностей. Политехники предложили фиксировать процесс расслоения углепластика новым методом – с использованием системы акустической эмиссии (в этом методе фиксируют звуковые волны, которые испускает материал). Благодаря амплитудно-частотным характеристикам от получаемого акустического сигнала этот способ позволяет выделять механизмы разрушения, и в частности – процесс расслоения.
«Мы стремились оценить влияние внутренних технологических дефектов на поведение углепластика. Для этого использовались образцы из пластин, внутри которых были заложены имитаторы таких дефектов. Их воздействие мы определяли при испытании на сжатие. Перемещения образцов фиксировались с помощью трехмерной цифровой оптической системы. При испытаниях мы определяли максимальные напряжения и модуль упругости. В системе акустической эмиссии тем временем непрерывно регистрировались сигналы», – рассказывает лаборант центра экспериментальной механики ПНИПУ Екатерина Чеботарева.
Все испытанные образцы разрушались от расслоения и теряли устойчивость. Ученые ПНИПУ определили, что это зависит от типа дефекта. По результатам обработки политехники получили графики прогиба материала в зависимости от нагрузки. На совместных диаграммах акустической эмиссии и датчика нагрузки стало видно, что при первоначальном расслоении уровень сигналов растет быстрее, чем снижается нагрузка. Однако в образцах с дефектом «смятие слоя» пик сигнала не совпадает с максимальной нагрузкой.
Уровень сигналов акустической эмиссии на протяжении всего испытания был низким. C началом разрыва волокон значения этого параметра увеличиваются на несколько порядков, и наблюдается пик, затем образец разрушается. Интерес представил процесс расслоения, который не фиксируется по данным оптической системы, но прослеживается по акустическим сигналам – в этот момент они резко увеличиваются.
Политехники заметили, что количество сигналов растет в начале испытания, затем либо снижается, либо держится на одном уровне. При разрушении и достижении максимальной нагрузки фиксируется максимальное количество сигналов. У образцов без дефекта количество сигналов находится в одном диапазоне на протяжении всего испытания.
«Наше исследование показало, что потеря устойчивости возникает еще до достижения предела прочности при сжатии углепластика. Отсутствие даже одного слоя волокна влияет как на весь процесс, так и на критическое напряжение, при котором происходит потеря устойчивости. Форма дефекта тоже играет роль. Например, у круглого радиусы, распложенные вдоль направления сжатия, несут поддерживающую роль по сравнению с прямоугольным дефектом, при котором потеря устойчивости происходит чуть раньше», – говорит доцент кафедры экспериментальной механики и конструкционного материаловедения ПНИПУ Станислав Словиков.
Ученые ПНИПУ выяснили, как именно такие частые дефекты, как «непроклей» и «смятие слоя» влияют на разрушение углепластика. Благодаря этому исследованию можно будет прогнозировать разрушение авиационных деталей, подбирать оптимальные условия их использования и сократить количество поломок.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Алферовского университета и ИТМО показали, как управлять свечением углеродных точек, помещая их на полупроводниковые нанопровода.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно